沖壓車間規(guī)劃探討

文/李儉·東風(fēng)商用車有限公司車身廠

沖壓車間規(guī)劃探討

文/李儉·東風(fēng)商用車有限公司車身廠

本文以模塊化的思維方式對(duì)汽車車身沖壓生產(chǎn)車間規(guī)劃進(jìn)行了介紹，同時(shí)也介紹了一些主要沖壓生產(chǎn)線技術(shù)特點(diǎn)和能力方面的情況，以期對(duì)同行們?cè)谧鲱愃乒ぷ鲿r(shí)有所幫助。

在板材加工業(yè)中，沖壓車間屬于投資最大的生產(chǎn)領(lǐng)域。由于其投資額高、所選定的生產(chǎn)設(shè)備使用周期長(zhǎng)，所以在制訂投資和生產(chǎn)規(guī)劃時(shí)要求嚴(yán)謹(jǐn)、仔細(xì)。采用深拉深、變薄拉深和沖裁工藝生產(chǎn)工件的主要準(zhǔn)則是工件的精度、模具壽命、設(shè)備的產(chǎn)量和可支配性。當(dāng)然，生產(chǎn)中采取合適的傳感器進(jìn)行不斷的質(zhì)量保證措施可以對(duì)工件質(zhì)量進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。

通常沖壓車間根據(jù)生產(chǎn)需求和工藝需求由不同的板材加工設(shè)備組成，沖壓車間設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡可能經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，設(shè)備的選型要與工件的尺寸、形狀、成形工藝技術(shù)及其他工藝技術(shù)要求匹配。本文將通過對(duì)汽車車身沖壓生產(chǎn)車間的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行探討和介紹，闡述汽車沖壓車間模塊化規(guī)劃思想、原則和技術(shù)要點(diǎn)。

沖壓車間的生產(chǎn)工藝確定

工藝流程設(shè)定

在規(guī)劃沖壓生產(chǎn)車間之前，首先要明確零件的工藝技術(shù)特性，例如零件的大小、材料、成形工藝及分離工藝特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)件或者外覆蓋件等零件類型；同時(shí)需要根據(jù)生產(chǎn)零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)及公司今后的相關(guān)生產(chǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)，確定沖壓生產(chǎn)工藝。典型的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 沖壓車間工藝流程圖

功能模塊劃分

按照功能模塊化的方式對(duì)沖壓車間進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以使我們的思路更加清晰。確定了沖壓零件的類型、工藝技術(shù)要求和生產(chǎn)綱領(lǐng)，就可以針對(duì)涉及到的功能模塊逐一地進(jìn)行研討，研討各基本生產(chǎn)模塊和輔助生產(chǎn)模塊的主要設(shè)備選型，再詳細(xì)計(jì)算各輔助存放區(qū)模塊所需要的面積，最后確定出合理的功能模塊。功能模塊確定后，再根據(jù)平面布置模塊的原則，對(duì)功能區(qū)模塊按物流進(jìn)行組合，最終確定出合適的平面布置方案。按照這個(gè)思路，就能輕松的做出整個(gè)沖壓車間的規(guī)劃，工作效率大大提高。圖2是典型的工藝模塊化布置的沖壓車間規(guī)劃布置圖。

沖壓車間的物流一般都是空中、地面、地下立體作業(yè)，各種物流方式規(guī)劃要點(diǎn)如下：

⑴空中。一般采用電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)，用于模具、卷料、坯料或其他物件在各分區(qū)專用。

⑵地面。一般采用電動(dòng)臺(tái)車、叉車、皮帶輸送機(jī)等，叉車用于沖壓件出庫、入庫、輔料轉(zhuǎn)運(yùn)、檢具專用或坯料上料，電動(dòng)臺(tái)車一般用于模具、坯料或其他物件在車間各分區(qū)之間的轉(zhuǎn)運(yùn)，皮帶輸送機(jī)用于工件在工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)然，沖壓自動(dòng)化線工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)是采用機(jī)器人、機(jī)械手等專業(yè)的自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng)來完成的。

⑶地下。一般采用廢料輸送機(jī)，安裝在壓機(jī)地面以下的地溝內(nèi)，各沖壓線廢料通過地下輸送帶集中輸送到廢料處理間，打包后由汽車運(yùn)走。自動(dòng)化沖壓線必須配備廢料輸送線；國內(nèi)很多手工沖壓線也有采用天車轉(zhuǎn)運(yùn)廢料，分區(qū)間廢料采用電動(dòng)臺(tái)車轉(zhuǎn)運(yùn)。應(yīng)該注意的是，車間建設(shè)時(shí)必須預(yù)留廢料輸送線的地溝，為今后手工生產(chǎn)線改造成自動(dòng)化線提供可能性。

圖2 沖壓車間模塊化布置圖

車間各功能模塊介紹

如上文介紹，根據(jù)沖壓車間的各模塊的不同功能，可以將其分成基本生產(chǎn)模塊、輔助生產(chǎn)模塊和存放區(qū)域模塊。針對(duì)不同的沖壓零件生產(chǎn)車間規(guī)劃項(xiàng)目，都可以由這些模塊進(jìn)行自由組合，只是每個(gè)模塊所包含的內(nèi)容可以根據(jù)具體的項(xiàng)目情況進(jìn)行合理的確定。

基本生產(chǎn)模塊

基本生產(chǎn)模塊主要分成兩類，一類是毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備模塊，另一類則是沖壓零件生產(chǎn)模塊，每個(gè)模塊所包含的內(nèi)容根據(jù)具體的生產(chǎn)要求進(jìn)行合理的規(guī)劃?；旧a(chǎn)模塊決定了整個(gè)沖壓車間的工藝生產(chǎn)能力水平，同時(shí)由于投資大、周期長(zhǎng)，所以要綜合考慮相關(guān)設(shè)備的高柔性、高效性及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。

⑴毛坯生產(chǎn)模塊。毛坯生產(chǎn)模塊包含了沖壓所需毛坯的下料和準(zhǔn)備工作等內(nèi)容，為沖壓線生產(chǎn)提供合格的毛坯料。如圖2所示，其工作基本都在開卷落料線、剪切陣地及坯料輔助存放區(qū)完成，根據(jù)某些批量需要翻轉(zhuǎn)的需求，該區(qū)域一般相應(yīng)安裝板料翻轉(zhuǎn)機(jī)等相關(guān)設(shè)備。至于選用何種下料設(shè)備則根據(jù)工廠的生產(chǎn)綱領(lǐng)及工藝技術(shù)能力需求決定。

橫向剪切線只能開卷生產(chǎn)矩形坯料，開卷落料線可以利用安裝在高速?zèng)_床上的剪切模具、落料模具、擺剪模具根據(jù)需求生產(chǎn)不同形狀的產(chǎn)品，其生產(chǎn)兼容性及柔性非常高。

目前，國內(nèi)開卷落料線及剪切線主要以進(jìn)口為主，國產(chǎn)為輔。全自動(dòng)開卷落料線的生產(chǎn)效率非常高，開卷步距2m的生產(chǎn)節(jié)拍最高達(dá)50SPM，步距0.5m的生產(chǎn)節(jié)拍接近100SPM；由于開卷落料線的價(jià)格較高，所以在配置上需要充分考慮其經(jīng)濟(jì)性，通常情況下，一條開卷落料線的產(chǎn)量可以匹配三條全自動(dòng)機(jī)械式?jīng)_壓生產(chǎn)線的產(chǎn)量，所以沖壓車間規(guī)劃選配設(shè)備時(shí)應(yīng)根據(jù)車間產(chǎn)品和生產(chǎn)綱領(lǐng)而定。

⑵沖壓生產(chǎn)線模塊。沖壓生產(chǎn)線是沖壓車間的核心模塊，決定了沖壓車間的整體工藝技術(shù)水平及生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)的沖壓生產(chǎn)線主要有以下幾種：

①人工操作沖壓生產(chǎn)線。由若干臺(tái)機(jī)械壓力機(jī)或油壓機(jī)組成，一般由一套大噸位的單動(dòng)壓力機(jī)做線首單元，負(fù)責(zé)拉延成形，接著是較小噸位的壓力機(jī)完成后續(xù)修邊、沖孔、翻邊、整形等工序內(nèi)容。也有個(gè)別汽車廠采用雙動(dòng)壓力機(jī)做線首單元用于拉延成形，但是由于雙動(dòng)壓力機(jī)效率相對(duì)較低，這種形式的沖壓線已經(jīng)很少采用。

②自動(dòng)化生產(chǎn)線。一般的沖壓自動(dòng)化線以大噸位的單動(dòng)壓力機(jī)做線首單元，接著是若干較小噸位的單動(dòng)壓力機(jī)組成壓機(jī)生產(chǎn)線，采用機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)做上、下料及工序件的傳輸，線首還可以設(shè)置清洗機(jī)、涂油機(jī)確保材料的清潔和潤(rùn)滑。而橫桿式大型多工位壓力機(jī)設(shè)計(jì)以單臺(tái)壓力機(jī)組合在一起的模塊式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，所有的傳動(dòng)裝置都通過中心縱軸和中間離合器與壓力機(jī)總驅(qū)動(dòng)裝置連在一起。因此，所有工位都同步動(dòng)作，也就可以在與上模安全距離較小的情況下，采用貫穿前后的橫桿傳送裝置傳送工件，該橫桿傳送裝置可以滿足雙槽模具進(jìn)行成雙零件生產(chǎn)輸送。比較先進(jìn)的橫桿式大型多工位壓力機(jī)每一個(gè)工位都有一個(gè)單獨(dú)的滑塊和移動(dòng)工作臺(tái)，這樣每一個(gè)滑塊以及其相應(yīng)的模位高度、沖壓力和安全超載開閉力都可以單獨(dú)調(diào)整，對(duì)于模具生產(chǎn)調(diào)試也非常有利，相對(duì)于多套模具共用一個(gè)滑塊橫桿式工位壓機(jī)，這種形式的壓機(jī)行程次數(shù)高，壓機(jī)的利用率和經(jīng)濟(jì)性更好，當(dāng)然，一次性的投資也相對(duì)較大。

通過對(duì)比，可以得出：人工操作沖壓生產(chǎn)線雖然總投資低，但是工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，換模時(shí)間長(zhǎng)；沖壓自動(dòng)線能夠生產(chǎn)所有類型的零件，綜合來說零件總產(chǎn)量高，投資不是很大，換模時(shí)間也不是很長(zhǎng)；橫桿式大型多工位壓力機(jī)能夠生產(chǎn)大型、不穩(wěn)定零件，并能夠?qū)崿F(xiàn)一模兩件生產(chǎn)，零件總產(chǎn)量高，占用面積小，換模時(shí)間短，但是總的投資比較大。

輔助生產(chǎn)模塊

輔助生產(chǎn)模塊包括模具維修及清洗、機(jī)器維修及廢料處理。隨著沖壓零件質(zhì)量要求的提升和沖壓車間自動(dòng)化程度的提高，模具維修及清洗、機(jī)器維修及廢料處理成為沖壓車間支撐生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，越發(fā)受到重視。

⑴模具維修及清洗、機(jī)器維修模塊。此模塊用于設(shè)備和模具的日常維護(hù)和保養(yǎng)，常用設(shè)備有調(diào)試壓力機(jī)、研配壓力機(jī)、模具清洗機(jī)、各種常用的機(jī)加設(shè)備及熱處理設(shè)備等。

⑵廢料處理模塊。目前汽車生產(chǎn)廠家的通常做法是通過地下廢料輸送系統(tǒng)對(duì)沖壓車間的廢料進(jìn)行收集，這樣避免廢料和沖壓件成品的物流交叉，造成車間物流混亂。典型的廢料處理系統(tǒng)由廢料滑槽、鱗板式輸送帶、廢料收集輸出裝置組成。

輔助存放模塊

沖壓車間主要的輔助存放區(qū)有材料存放區(qū)、毛坯存放區(qū)、沖壓件存放區(qū)、零件轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)等，其中材料存放區(qū)和毛坯存放區(qū)與毛坯生產(chǎn)準(zhǔn)備相關(guān)聯(lián)，模具存放區(qū)、沖壓件存放區(qū)和零件轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)與沖壓生產(chǎn)聯(lián)系更為密切。

⑴材料存放區(qū)。沖壓生產(chǎn)的主要原材料一般有卷料和板料，考慮到庫存資金成本和材料的存放時(shí)效性，在滿足生產(chǎn)需求的情況下，應(yīng)盡可能縮短存放周期和庫存量。

⑵坯料輔助存放區(qū)。此區(qū)域主要存放加工完成后的毛坯，存放量在滿足沖壓生產(chǎn)的同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮安全庫存。一般在開卷落料及剪切區(qū)會(huì)設(shè)置有坯料存放區(qū)，同時(shí)在沖壓線線首區(qū)域也可以設(shè)置一定的毛坯存放區(qū)，以滿足沖壓線的生產(chǎn)需要。運(yùn)輸方式一般有天車吊運(yùn)、臺(tái)車轉(zhuǎn)運(yùn)及叉車轉(zhuǎn)運(yùn)等方式。

⑶模具存放模塊。汽車生產(chǎn)廠家模具數(shù)量一般都非常大，一般情況下是層疊堆放，即按照模具大小分離疊放比較節(jié)省空間。通常，同零件、同車型的模具最好按生產(chǎn)線區(qū)域順序安放，模具轉(zhuǎn)運(yùn)基本都是天車吊運(yùn)，模具存放距離一般按500mm考慮，同時(shí)模具之間的過人距離一般按800mm考慮。

⑷沖壓件存放模塊。沖壓件一般存放在專門的工位器具內(nèi)，通過叉車或者專業(yè)的堆垛機(jī)，按照“庫存量=存放周期產(chǎn)量+安全庫存量”的原則，在沖壓件倉庫內(nèi)進(jìn)行立體堆垛碼放。倉庫面積主要根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)規(guī)劃。

⑸零件轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)。零件轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)是沖壓線生產(chǎn)和零件入庫的緩沖區(qū)和工位器具臨時(shí)安放區(qū)，其面積應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)線具體情況規(guī)劃，一般與零件種類和入庫物流速度有關(guān)。

檢測(cè)模塊

沖壓零件檢測(cè)一般設(shè)置有檢具檢測(cè)和三坐標(biāo)檢測(cè)，所以需要在相應(yīng)位置設(shè)置檢具陣地和三坐標(biāo)檢測(cè)室。

鈑金維修區(qū)

鈑金維修是沖壓件生產(chǎn)的一部分，尤其是人工操作沖壓生產(chǎn)線，所以必須設(shè)置專門的鈑金維修陣地，并配備維修平臺(tái)和各種維修工具，以及相關(guān)的邊界條件。

輔助庫房及辦公生活區(qū)

輔助庫房主要是機(jī)器備件、模具及檢具專用備件、相關(guān)輔具以及相關(guān)生產(chǎn)輔料存放地，辦公生活區(qū)是作為工作人員辦公、休息的區(qū)域。

結(jié)束語

沖壓車間規(guī)劃的基本思路是首先明確生產(chǎn)零件的種類、工藝技術(shù)特點(diǎn)及生產(chǎn)綱領(lǐng)和公司規(guī)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)，然后根據(jù)需求規(guī)劃所涉及到的功能模塊，最好按照物流流暢的原則合理布置，最后綜合考慮車間的各種輔助區(qū)域，這樣，一個(gè)相對(duì)完整合理的車間規(guī)劃就基本成形，最后根據(jù)各模塊的工藝要求及邊界條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終完成車間的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)沖壓車間的生產(chǎn)目標(biāo)需求，車間相關(guān)模塊是相應(yīng)設(shè)置的，需要根據(jù)具體情況而定，本文主要是介紹沖壓車間規(guī)劃的一種模塊化思維，同時(shí)介紹一下主要生產(chǎn)模塊的技術(shù)特點(diǎn)和能力，使同行在做沖壓車間規(guī)劃時(shí)思路更加清晰，工作更加有效，方案更加合理。